Номер 2, страница 188 - гдз по физике 8 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 6. Электрические явления. § 47*. Проводники и диэлектрики в электрическом поле. Вопросы для самопроверки - номер 2, страница 188.

Условие.

2. Как ведут себя свободные электроны металла, помещённого во внешнее электрическое поле?

Решение.

2. Как ведут себя свободные электроны металла, помещённого во внешнее электрическое поле?

Металлы, как проводники, характеризуются наличием большого количества свободных носителей заряда — электронов, которые могут перемещаться по всему объему. В отсутствие внешнего электрического поля эти электроны движутся хаотично, и в любом макроскопическом объеме металла суммарный заряд равен нулю.

Когда металл помещают во внешнее электрическое поле с напряженностью $\vec{E}_{внешн}$, на каждый свободный электрон начинает действовать электрическая сила $\vec{F} = q\vec{E}_{внешн}$. Поскольку заряд электрона $q = -e$ является отрицательным (где $\text{e}$ — элементарный заряд), эта сила направлена в сторону, противоположную направлению вектора напряженности внешнего поля: $\vec{F} = -e\vec{E}_{внешн}$.

Под действием этой силы свободные электроны приходят в упорядоченное движение (дрейф) против направления внешнего поля. Этот процесс перераспределения зарядов в проводнике под действием внешнего поля называется явлением электростатической индукции. В результате перемещения электронов на одной стороне поверхности металла, обращенной к положительному источнику поля, накапливается избыточный отрицательный заряд. На противоположной стороне поверхности возникает недостаток электронов, что приводит к появлению нескомпенсированного положительного заряда, образованного ионами кристаллической решетки.

Эти индуцированные (разделенные) заряды на поверхности металла создают свое собственное внутреннее электрическое поле с напряженностью $\vec{E}_{внутр}$. Вектор напряженности этого поля направлен от положительно заряженной поверхности к отрицательно заряженной, то есть в сторону, противоположную направлению внешнего поля $\vec{E}_{внешн}$.

Перераспределение электронов продолжается очень короткое время (порядка $10^{-16}$ с) до тех пор, пока созданное ими внутреннее поле не скомпенсирует полностью внешнее поле во всем объеме проводника. В установившемся состоянии равновесия результирующая напряженность электрического поля внутри металла становится равной нулю:

$\vec{E}_{рез} = \vec{E}_{внешн} + \vec{E}_{внутр} = 0$

Когда результирующее поле внутри металла становится равным нулю, сила, действующая на свободные электроны, также обращается в нуль, и их направленное движение прекращается. Наступает состояние электростатического равновесия.

Ответ: Свободные электроны металла под действием внешнего электрического поля приходят в упорядоченное движение против направления силовых линий этого поля. Это движение приводит к перераспределению зарядов (явлению электростатической индукции): на одной поверхности металла накапливается избыточный отрицательный заряд, а на противоположной — нескомпенсированный положительный заряд. Процесс продолжается до тех пор, пока внутреннее поле, созданное перераспределенными зарядами, полностью не скомпенсирует внешнее поле. В результате напряженность результирующего электростатического поля внутри металла становится равной нулю, и направленное движение электронов прекращается, наступает электростатическое равновесие.